پایش سلامت سازه

پایش سلامت سازه (structure Health Monitoring🕵️‍♂️) در واقع یک استراتژی تشخیص آسیبه که با تحت نظر قرار دادن سازه در طول زمان و با استفاده از اندازه گیری های انجام شده در فاصله های زمانی متناوب، میتونیم تشخیص بدیم که سازه سالمه یا آسیب دیده. روش پایش سلامت سازه مشابه به درد و بیماری در بدن انسانه. اگر سازه رو به عنوان بدن انسان فرض کنیم، هنگامی که فرد آسیب میبینه، شرایط عدم سلامت به وسیله سیستم عصبی تشخیص داده میشه و پاسخ هایی رو به سمت مغزارسال میکنه. بعد شخص میفهمه که مریضه و برای جلوگیری از تشدید بیماری به دکتر مراجعه میکنه. سنسورها در سازه مشابه به سیستم عصبی هستن و متخصصان سازه نقش دکتری رو دارن که به پاسخ ها گوش میدن و برای درمان، راه حل و استراتژی ارائه میدن.

پایش سلامت سازه میتونه به دو صورت، پایش بلند مدت (چندین ماه) یا کوتاه مدت (چند روز) باشه. برای سازه های با اهمیت زیاد مثل پل ها توصیه میشه که از پایش بلند مدت استفاده بشه، تا پل همواره در سطح سرویس دهی باشه.

به طور کلی یک سیستم پایش سلامت سازه از سه بخش اصلی تشکیل میشه:

1- حسگرها:

حسگرهای مورد استفاده در پایش سلامت سازه بویژه پایش بلند مدت باید از دوام کافی در برابر عوامل محیطی تاثیرگذار مانند دما، رطوبت، مواد خورنده و … برخوردار باشن. همچنین حسگرها رو باید در مکانی نصب کنیم که بیشترین و دقیق ترین اطلاعات رو از مشخصات سیستم به ما بدن (چون اینجوری به تعداد کمتری حسگر نیاز خواهیم داشت و اقتصادی تره).

در پایش سلامت سازه ها حسگرها به دو دسته تقسیم میشن که دسته اول حسگرهای اندازه گیری کمیت های فیزیکی و حساس به خواص و رفتار سازه هستن مانند: شتاب سنج ها، سرعت سنج ها، تغییرمکان سنج ها و کرنش سنج ها. دسته دوم حسگرها مربوط به اندازه گیری پارامترهای محیطی که سازه دراون  قرار گرفته هستن. شرایط محیطی در پاسخ دینامیکی سازه تاثیر زیادی دارن برای همینم باید تغییرات شرایط محیطی اندازه گیری بشه. از جمله این پارامترها که باید توسط سنسورهای مخصوص اندازه گیری بشن میتونیم به سرعت باد، دما، رطوبت، شرایط خاک و خوردگی اشاره کنیم.

2- سیستم پردازش اطلاعات:

این سیستم خود از سه بخش دریافت، انتقال و ذخیره سازی تشکیل میشه که اطلاعات بدست اومده از سنسورها رو برای تبدیل به اطلاعات مفید برای پایش سلامت سازه دریافت میکنه و پس از انتقال، اون ها رو ذخیره سازی میکنه. بخش انتقال اطلاعات به یکی از دو صورت انتقال باسیم و انتقال بی سیم انجام میشه.

3- سیستم ارزیابی سلامت سازه: 

بخش نهایی یک سیستم پایش، ارزیابی شرایط سازه است  (تو مثال بالا، این بخش در واقع نقش مغز سازه رو داره ). در این بخش پاسخ سازه (کرنش، جابجایی، فرکانس و …) که از بخش قبل بدست اومده با پاسخ سازه سالم مقایسه میشه. اگر اختلافی بین پاسخ سازه در شرایط کنونی با پاسخ سازه در شرایط اولیه (سازه سالم) وجود داشته باشه یعنی سازه آسیب دیده (مثلا کرنش و جابجایی اندازه گیری شده بیشتر از کرنش و جابجایی اولیه باشن یا مثلا فرکانس سازه تغییر کرده باشه). پس میتونیم بگیم تشخیص خرابی، تنها از مقایسه ی رفتار سازه در دو حالت اولیه و حالت کنونی سازه امکان پذیره.

در پایش سلامت سازه دو دیدگاه اصلی وجود داره: دیدگاه ماکرو و دیدگاه میکرو.

در دیدگاه ماکرو هدف تشخیص سلامت سازه و یا وجود آسیب در اونه که در این حالت محل دقیق آسیب و شدت اون مورد بررسی قرار نمیگیره و فقط بیان میشه که آیا سازه آسیب دیده است یا خیر؟ (در این دیدگاه از حداقل تعداد سنسور حتی یک یا دو سنسور و با کمترین هزینه پایش انجام میشه). در دیدگاه میکرو به بررسی محل دقیق آسیب و شدت اون (بطور مثال تشخیص یک ترک به عمق مشخص در یک اتصال از سازه) پرداخته میشه. در این دیدگاه به تعداد زیادی حسگر، انواع مختلف اون نیازه و هزینه بالایی به همراه داره.

بطور کلی پایش به دو صورت انجام میشه: استاتیکی و دینامیکی.

روش های دینامیکی در مقایسه با روش های استاتیکی از توانایی و قدرت بیشتری برخوردار هستن و مزیت عمده ی این روش ها، حساسیت زیاد اون ها نسبت به آسیب در سازه است. اما معایب اصلی این روش اینه که به تعداد زیادی حسگر برای اندازه گیری نیاز دارن و در بعضی سازه های عمرانی تعیین دقیق  پاسخ دینامیکی سازه (شکل مودهای دقیق و واضح و تعیین داده مودال با دقت بالا)،  بسیار مشکله ولی در روش های استاتیکی این مشکلات وجود ندارن.

روش های استاتیکی در مقایسه با روش های دینامیکی پیشرفت کمتری داشتن و تحقیقات کمتری روی این روش انجام شده. روش های استاتیکی معمولا ساده تر از روش های دینامیکی هستن و تجهیزات مورد نیاز در روش استاتیکی ارزان تره. همچنین بدست آوردن پاسخ استاتیکی سازه (تغییرشکل و کرنش دقیق سازه) سریع و به صرفه است. مهمتر از همه اینکه خطای اندازه گیری روش استاتیکی کمتر از روش دینامیکیه، برا همینم پایش استاتیکی نتایج منطقی تری نسبت به پایش دینامیکی ارائه میده.